《物聯(lián)網開發(fā)與應用》教學大綱

《物聯(lián)網開發(fā)與應用》教學大綱課程編號：13220602英文名稱：IoTDevelopment&Application學分：2學時：總學時48學時，其中理論16學時，實踐32學時先修課程：高級語言、電路與電子技術、單片機與接口技術課程類別：專業(yè)方向課授課對象：網絡工程專業(yè)學生教學單位：機械與電氣工程學院修讀學期：第6學期一、課程描述和目標《物聯(lián)網開發(fā)與應用》是一門網絡工程高年級學生的專業(yè)方向課。本課程學習物聯(lián)網應用開發(fā)關鍵技術，包括多種類型傳感器開發(fā)，無線射頻開發(fā)，ZStack協(xié)議棧開發(fā)等。要求學生能夠設計和開發(fā)一定復雜度的無線傳感網絡系統(tǒng)。課程目標1：了解物聯(lián)網的基本概念，掌握物聯(lián)網傳感器數(shù)據(jù)采集技術、無線射頻傳輸技術以及ZStack協(xié)議棧開發(fā)技術。課程目標2：能選擇和使用與所選物聯(lián)網應用適配的開發(fā)工具，具備在工具中進行代碼編寫和調試程序的能力。課程目標3：能夠設計、開發(fā)滿足不同應用需求的物聯(lián)網系統(tǒng)。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點課程目標權重指標點3-2：能夠根據(jù)特定需求進行網絡系統(tǒng)的規(guī)劃與設計、開發(fā)與部署、測試與驗證、運維與管理課程目標1H指標點5-1：能夠選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具完成網絡工程相關領域的復雜工程問題的預測與模擬課程目標2M指標點4-3：能夠基于專業(yè)知識，進行網絡工程相關領域的復雜工程問題的研究，就綜合性的功能或性能問題設計相關的實驗方案，對結果或數(shù)據(jù)進行分析，并得出合理有效的結論課程目標3H（注：要求課程目標與畢業(yè)要求指標點應是一一對應支撐）

三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1認識物聯(lián)網認識物聯(lián)網，理解物聯(lián)網的基本概念、發(fā)展現(xiàn)狀，理解物聯(lián)網的重點發(fā)展領域和方向，認識基本的物聯(lián)網開發(fā)硬件。重點難點：物聯(lián)網體系德育元素：國產品牌自主可控2講授式演示式課程目標12傳感器開發(fā)理解典型傳感器的工作原理，理解I2C和SPI通信方式，能夠完成基于典型接口的傳感器數(shù)據(jù)讀取。重點難點：單總線、I2C總線德育元素：信息安全4講授式演示式練習式課程目標1課程目標2課程目標33無線射頻開發(fā)了解CC2530內核基本結構、常見寄存器設置、數(shù)據(jù)收發(fā)流程。掌握基于BasicRF無線射頻實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，理解廣播通信、無線控制的概念。重點難點：基于BasicRF無線射頻開發(fā)德育元素：工匠精神2講授式啟發(fā)式課程目標1課程目標34ZigBee協(xié)議體系理解無線通信、無線傳感網基本概念；理解ZigBee物理層、MAC、網絡層和協(xié)議層的主要功能、數(shù)據(jù)幀結構。重點難點：物理層和MAC層功能德育元素：團隊合作4講授式啟發(fā)式課程目標1課程目標35ZStack協(xié)議棧開發(fā)認識ZStack協(xié)議棧層次結構中各層次的主要內容，理解ZigBee無線通信中的三種節(jié)點類型；理解OSAL任務調度的工作原理；理解ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，掌握LED、按鍵等驅動修改，掌握ZStack協(xié)議棧下串口的使用方法；能夠在ZStack協(xié)議棧中實現(xiàn)單播、廣播；在ZStack協(xié)議棧中實現(xiàn)網絡拓撲的控制。重點難點：ZStack協(xié)議棧層次結構、ZigBee數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收德育元素：團隊合作4講授式演示式啟發(fā)式課程目標1課程目標3合計16序號實驗項目實驗內容與要求學時類型對應課程目標1基于ADC的傳感器開發(fā)實驗實驗要求：必修。實驗內容：了解相關硬件電路；通過讀取光敏傳感器的控制信號，經ADC轉換在串口顯示；通過CC2530控制超聲波測距模塊測取距離，然后通過串口顯示出來。4設計課程目標1課程目標2課程目標32基于特定通信方式的傳感器開發(fā)實驗實驗要求：必修實驗內容：通過CC2530IO口模擬DHT11的讀取時序，讀取DHT11的溫濕度數(shù)據(jù)，讀取到溫濕度之后通過串口顯示出來；實現(xiàn)SPI總線驅動、實現(xiàn)MFRC522模塊與射頻卡的通信，通過串口顯示出來6設計課程目標1課程目標2課程目標33射頻通信開發(fā)實驗實驗要求：必修實驗內容：利用BasicRF實現(xiàn)ZigBee點對點通信；實現(xiàn)對ZigBee節(jié)點的RSSI的采集；4設計課程目標1課程目標2課程目標34無線控制實驗實驗要求：必修實驗內容：實現(xiàn)ZigBee信道監(jiān)聽；實現(xiàn)PC機通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制LED的亮滅；實現(xiàn)PC機通過串口發(fā)送命令通過ZigBee無線控制傳感器數(shù)據(jù)采集6綜合課程目標1課程目標2課程目標35多點自組織組網與信息廣播/組播實驗實驗要求：必修實驗內容：設計協(xié)調器、路由節(jié)點和終端節(jié)點3種節(jié)點類型的多點自組織組網實驗。節(jié)點通過廣播、組播方式周期性的將數(shù)據(jù)包發(fā)送給協(xié)調器；協(xié)調器節(jié)點通過串口傳給PC機，PC機通過ZTOOL程序觀察接收情況。4設計課程目標1課程目標2課程目標36典型網絡拓撲實驗實驗要求：必修實驗內容：配置網絡拓撲為星形網絡，協(xié)調器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網絡，協(xié)調器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網情況。配置網絡拓撲為樹狀網絡，協(xié)調器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網絡，協(xié)調器接收到數(shù)據(jù)包后通過串口傳給PC，從PC上的ZigBeeSensorMonitor程序查看組網情況。4設計課程目標1課程目標2課程目標37ZigBee串口應用與協(xié)議分析實驗實驗要求：必修實驗內容：協(xié)調器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網絡，PC機通過串口向路由節(jié)點或者終端節(jié)點發(fā)送開關LED的命令，節(jié)點上的LED實行相應的操作；協(xié)調器、路由節(jié)點和終端節(jié)點組成網絡，在網絡之外添加一個偵聽節(jié)點偵聽數(shù)據(jù)包，并通過PacketSniffer軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的具體內容進行分析。4綜合課程目標1課程目標2課程目標3合計32注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括演示、驗證、綜合、設計等，后兩類占比大于80%。四、課程教學方法采取集中講授、課堂討論、案例分析、在線教學等教學方式。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核注重形成性和終結性評價相結合，考核內容主要由平時作業(yè)、實驗、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占50%、平時作業(yè)成績占20%、實驗成績占30%。2.課程目標達成考核與評價序號考核方式課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)1505202實驗51015304期末考核20102050課程目標對應分值402040100（二）考核與評價標準1.作業(yè)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時完成，90%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握到位。能夠利用物聯(lián)網開發(fā)知識分析相關專業(yè)問題。按時完成，70%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握較到位。能夠較好利用物聯(lián)網開發(fā)知識分析相關專業(yè)問題。。延時完成，60%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握基本到位。利用物聯(lián)網開發(fā)知識分析相關專業(yè)問題。。不交和補交，50%以下的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握有偏差。不能利用物聯(lián)網開發(fā)知識分析相關專業(yè)問題。2.實驗考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分實驗完成實驗內容按時完成實驗報告，撰寫的實驗報告格式規(guī)范，符合寫作要求。完成80%以上實驗內容按時完成實驗報告，撰寫的實驗報告格式規(guī)范完成60%以上實驗內容延時完成實驗報告，撰寫的實驗報告符合要求。沒有完成實驗內容不交和補交實驗報告，報告內容不全或存在明顯錯誤。3.期末考核與評價標準根據(jù)課程目標及教學內容，設計期末大作業(yè)，要求學生設計和開發(fā)具有一定復雜程度的物聯(lián)網系統(tǒng)，包含1種及以上傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸、串口信息顯示等關鍵內容。綜合檢驗學生對課程相關知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力，根據(jù)大作業(yè)題目設計相應評分標準。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《ZigBee技術與實訓教程——基于CC2530的無線傳感網技術》，姜仲，劉丹（著），清華大學出版社，2018年8月版；（二）參考資料1．《物聯(lián)網平臺開發(fā)及應用——基于CC2530和ZigBee》，廖建尚（著），電子工業(yè)出版社，2016年9月版；2．